Головна ⇒ 📌Фізика ⇒ РУХ І ВЗАЄМОДІЯ МОЛЕКУЛ

РУХ І ВЗАЄМОДІЯ МОЛЕКУЛ

Розділ 1 ФІЗИКА ЯК ПРИРОДНИЧА НАУКА. ПІЗНАННЯ ПРИРОДИ

&10. РУХ І ВЗАЄМОДІЯ МОЛЕКУЛ

До основних дослідних доказів того, що молекули рухаються, належить явище, яке першим спостерігав у 1827 р. англійський ботанік Роберт Броун (1773-1858), розглядаючи в мікроскоп спори рослин, що перебувають у рідині. Тому рух дуже дрібних твердих частинок у рідині (мал. 25) і називають броунівським рухом.

Спостереження 1. Броунівський рух ніколи не припиняється. У краплі води (якщо не давати їй висохнути) рух частинок можна спостерігати протягом багатьох днів,

місяців, років. Він не припиняється ані влітку, ані взимку, ані вдень, ані вночі. На малюнку 26 зображено траєкторію рух трьох частинок, завислих у рідині.

Роберт Броун

Мал. 25

Мал. 26

Причиною броунівського руху є безперервний рух молекул тієї рідини, у якій знаходяться частинки тіла. Жану Перрену (1870-1942) вдалося за допомогою центрифуги виділити з молочного соку рослин достатню для експериментів кількість однорідних частинок жовтуватої речовини гумігуту і спостерігати броунівський рух (мал. 27).

Звичайно, ці

частинки в багато разів більші за самі молекули, і коли ми бачимо під мікроскопом їх рух, не слід думати, що ми бачимо рух самих молекул. Молекули не можна побачити у звичайний мікроскоп, але можна робити висновки про їх існування і рух за тими поштовхами, яких вони завдають крупинкам фарби, примушуючи їх рухатися.

Відкриття броунівського руху мало велике значення для вивчення будови речовини. Воно показало, що тіла справді складаються з окремих частинок – молекул і що молекули перебувають у безперервному безладному русі.

Жан Перрен

Мал. 27

Спостереження 2. Якщо ви зайдете у ванну кімнату, одразу відчуєте аромати різних парфумів, кремів, мила тощо (мал. 28).

Мал. 28

Якщо розлити який-небудь парфум, то його аромат через деякий час пошириться по всій квартирі. Це означає, що молекули парфумів проникли скрізь. Отже, вони рухаються, стикаючися з молекулами газів, що входять до складу повітря, багато разів змінюють напрям свого руху і, безладно переміщуючись, розлітаються по кімнаті. Поширення аромату – свідчення цього.

Те, що молекули всіх тіл безперервно і безладно рухаються, підтверджується й дослідами.

Дослід 1. У посудині містяться два гази, розділені непроникною перегородкою (мал. 29). Молекули газів безладно і хаотично рухаються, стикаючись одна з одною (мал. 29, а). Якщо перегородку забрати, то молекули газів змішаються, тобто гази проникнуть один в одного (мал. 29, б).

Дослід 2. У скляну посудину наллємо водного розчину мідного купоросу (сульфату міді). Цей розчин має темно-блакитний колір, він важчий за воду. Поверх розчину в посудину дуже обережно, щоб не змішати рідини, наливаємо чистої води. На початку досліду бачимо чітку межу між водою і розчином мідного купоросу. Якщо посудину залишити у спокої і спостерігати за межею поділу рідин, то через кілька днів спостерігатимемо, що межа поділу розпливлася. Через кілька тижнів ця межа зникне. У посудині утвориться однорідна рідина блідо-блакитного кольору (мал. 30). Отже, рідини змішалися.

Мал. 29

Мал. 30

Взаємне проникнення речовин одна в одну при безпосередньому стиканні, зумовлене безладним рухом частинок речовини, називають дифузією (у перекладі з лат. означає розтікання, поширення).

Явище дифузії пояснюється так. Спочатку міняються місцями внаслідок свого руху окремі молекули води й мідного купоросу, які містяться біля межі поділу цих рідин. Межа поділу рідин стає розпливчастою, тому що молекули мідного купоросу потрапляють у нижній шар води, і навпаки, молекули води – у верхній шар розчину мідного купоросу. Потім частина цих молекул міняється місцями з молекулами, які є в наступних шарах. Межа поділу рідин стає ще розпливчастішою. Оскільки молекули рухаються безперервно і безладно, то цей процес приводить до того, що вся рідина в посудині стає однорідною.

Дослід показав, що в рідинах дифузія відбувається повільніше, ніж у газах. Пояснюється це тим, що відстані між молекулами в рідинах значно менші, ніж у газах.

Дифузія відбувається і у твердих тілах, але дуже повільно.

Історичний дослід. Гладенько відшліфовані свинцеву й золоту пластинки поклали одна на одну і стиснули тягарем. Ці пластинки зберігалися за температури близько 20 °С 5 років. За цей час золото і свинець проникли одне в одне на відстань близько 1 мм.

Дифузія має велике значення в житті людини і тварин. Так, наприклад, кисень з навколишнього середовища внаслідок дифузії проникає всередину організму через шкіру та легені людини (мал. 31).

Поживні речовини завдяки дифузії проникають з кишечнику в кров.

Дифузія відбувається і під час паяння металевих деталей.

Спостереження 3. Якщо спостерігати дифузію рідин у двох посудинах, одну з яких на початку досліду поставили в холодне місце, а другу – в тепле, то можна встановити, що дифузія відбувається швидше за вищої температури. Це означає, що швидкість руху молекул і температура тіла пов’язані між собою. Наприклад, цукор і сіль швидше розчиняються в гарячій воді, ніж у холодній.

Мал. 31

Тепла вода складається з таких самих молекул, що й холодна. Відмінність між ними полягає в тому, що молекули теплої води рухаються швидше від молекул холодної.

Як бачимо, тверді тіла й рідини не розпадаються на окремі молекули, незважаючи на те, що молекули відокремлені проміжками й перебувають у безперервному безладному русі.

Тіла не тільки не розпадаються на окремі молекули, але, наприклад, тверде тіло навіть важко розтягти або розламати. Чим же пояснити, що молекули в тілах не тільки втримуються одна біля одної, а й у деяких випадках проміжки між ними важко збільшити? Річ у тому, що між молекулами існує взаємне притягання. Кожна молекула притягає до себе сусідні молекули й сама притягається до них.

Однак якщо ми розламаємо грудочку крейди на дві частини і знову складемо їх, то вони не втримуватимуться одна біля одної. Чому?

Притягання між молекулами стає помітним лише на відстанях, що трохи більші за розміри самих молекул. На відстанях, що набагато більші за розміри молекул, притягання між молекулами значно слабшає. Дуже малої щілини між частинками крейди (менше від 0,000 001 см) уже досить, щоб притягання між молекулами значно зменшилося.

Дослід 3. Візьмемо два свинцевих циліндри, добре відполіруємо їхні торці і з’єднаємо їх між собою так, як показано на малюнку 32.

Циліндри злипаються так, що не розриваються навіть при порівняно великому навантаженні.

Шматочки розбитого скла не злипаються один з одним тому, що вони дотикаються лише в деяких точках і молекули не зближуються на відстань, достатню для їх притягання.

Та коли краї їх нагріти так, що вони почнуть плавитися, то їх можна міцно з’єднати.

На цьому грунтується зварювання металів, а також паяння і склеювання.

Отже, між молекулами існує взаємне притягання. Це притягання помітно проявляється лише на відстанях, які порівнянні з розмірами самих молекул.

Але тоді виникає запитання: чому існують проміжки між молекулами? Здавалося б, молекули повинні притягнутися одна до одної і “злипнутися”. Цього не буває тому, що між молекулами одночасно з притяганням існує й відштовхування. При зближенні молекул до відстаней, порівнянних з розміром самих молекул, помітніше проявляється притягання, а при дальшому зближенні починає більше проявлятися відштовхування. Що відштовхування існує, видно з багатьох явищ, наприклад, стиснуті тіла випрямляються тому, що при стисканні ми так зближуємо молекули, що вони відштовхуються одна від одної.